A complexidade dos componentes elétricos e eletrônicos contidos atualmente no automóvel resultou em cerca de 1km de cablagens que percorrem toda a carroceria. Isso é o sistema elétrico do automóvel, que possui diversas funções de acordo com seus consumidores. Uma das principais funções do sistema elétrico é possibilitar a partida do motor a combustão, através de seu circuito de partida. Após a partida do motor, este é mantido em funcionamento através do circuito de carga, que alimenta os consumidores do circuito de ignição e injeção, alimenta consumidores elétricos de bordo e ainda recarrega o acumulador de energia (bateria).

A cablagem do sistema elétrico automotivo é extensa, os fios são identificados por diversas combinações de cores, exceto pelos fio positivo da bateria, a chamada linha 30 e pelo negativo da bateria, ou terra (aterramento ou massa), sendo as cores vermelha e preta respectivamente. Devido a complexidade do sistema elétrico, os fios e seus caminhos são identificados através de esquemas elétricos desenvolvidos pelas próprias marcas. As cores dos fios podem estar indicadas por letras, ou caso o esquema seja colorido (o que já é frequente), os fios são identificados por letras e pelas cores em um esquema impresso ou digital.

Quando alimentado apenas pela bateria (motor desligado), o sistema elétrico recebe um tensão 12V, esta tensão alimenta todos os consumidores elétricos, os contínuos, os de longa duração e os de curta duração. Uma vez que o motor está em funcionamento, o alternador se encarrega de recarregar a bateria e alimentar os consumidores, assim a tensão produzida por este é 14,8V. Mesmo o circuito de ignição trabalhando com tensões acima 30.000V, para que este funcione, é necessário a tensão padrão do sistema elétrico.

Consumidores elétricos

No sistema elétrico automotivo existem diversos consumidores elétricos, motivo pelo qual há grande preocupação com o balanço de cargas no sistema. Isso se deve ao fato de que alguns consumidores devem funcionar continuamente e outros por longo ou curto período de tempo. Assim classificam-se em três tipos de consumidores:

• Consumidores Contínuos
• Consumidores de Longa Duração
• Consumidores de Curta Duração.

O consumidores contínuos não podem por hipótese alguma, parar de receber corrente elétrica do alternador ou da bateria, pois estão totalmente ligados ao funcionamento do motor. Por exemplo, os sistemas de injeção e ignição eletrônica, na ausência de corrente elétrica, param completamente de funcionar e o motor não entra em funcionamento. Embora a maioria dos componentes desses dois sistemas funcionem com baixa tensão, há componentes que necessitam de alta tensão, como a bomba elétrica de combustível, que consome 250W e não pode parar de funcionar.

Entre os consumidores de longa duração, destacam-se os faróis, sistema de ar condicionado, desembaçador do vidro e rádio, por vezes. São consumidores que possuem potência elevada, os faróis por exemplo, mesmo em luz baixa consomem 110W da bateria, e passam um longo espaço de tempo acionados. O mesmo vale para o sistema de ar condicionado (120W), quase indispensável atualmente.

Enquanto isso os consumidores de curta duração podem até consumir mais de 50W, mas permanecem bem menos tempo ativados. Como exemplo podemos citar os vidros elétricos, luz de freio (42W), acendedor de cigarros e buzina.

Quando em operação, o veículo possui diversos componentes elétricos e eletrônicos em funcionamento, cabe ao sistema elétrico suprir toda a demanda desses consumidores. Se por algum acaso a corrente (total) dos consumidores for maior que a corrente fornecida pelo alternador, a bateria começará a ser descarregada.

Circuitos elétricos

• Circuito de Partida;
• Circuito de Carga;
• Circuito de Ignição;
• Circuito de Bordo.

Dentro do sistema elétrico, existem os circuitos elétricos que se ramificam para atender as diferentes demandas do automóvel. Essas demandas básicas se referem a partida, que é o fornecimento de energia para efetuar a partida do motor através do motor de partida, a carga, que é o circuito referente ao fornecimento de energia para os consumidores do veículo, além de promover a recarga da bateria, a ignição é o fornecimento de energia para os componentes de ignição da mistura ar combustível e as demandas de borda, que são os componentes e o sistemas de bordo como alarme, vidros e travas elétricas, por exemplo.

Funcionamento do Sistema Elétrico Automotivo

Quando o motor está desligado, a bateria alimenta o todo o circuito elétrico do automóvel, motivo pelo qual ela descarrega caso algum componente seja esquecido ligado ou esteja com fuga de corrente. Entretanto, em um circuito elétrico sem danos ou problemas, a bateria consegue manter boa carga durante semanas. Isso é possível devido aos diodos do alternador que bloqueiam a passagem de corrente da bateria para este, e também por que a corrente de todos os consumidores que estão ligados (mesmo em stand-by) quando o motor está desligado, não é suficiente para drenar toda a carga da bateria.

Uma vez que o sistema elétrico é capaz de preservar uma boa carga da bateria durante longas paradas, torna-se possível então efetuar a partida do motor a qualquer momento, ou seja, bateria deve ter uma carga mínima para isso. A bateria fornece cerca de 1000 a 2000 A para o motor de partida, dependendo do tipo do motor de combustão e outros fatores (ver matéria sobre o motor de partida). O motor de partida é o maior consumidor do sistema elétrico automotivo, porém só é necessário apenas uma vez. Depois que o motor pega, e este passa a funcionar por si só, o alternador desempenha o trabalho de manter todo o sistema elétrico em funcionamento.

A grande tarefa do alternador é suprir a demanda de todo o sistema elétrico, e ainda carregar a bateria. Em outras palavras, a corrente do alternador (Ia) deve superar a corrente Ic, necessária para o funcionamento dos consumidores (contínuos, de longe e baixa duração) e carregar a bateria ao mesmo tempo que alimenta os consumidores. No momento em que a corrente destes for maior que a corrente produzida pelo alternador, a bateria começa a ser descarregada.

O fornecimento de corrente do alternador para o sistema elétrico depende da rotação do motor, sabendo que a relação entre a polia do alternador e o virabrequim (entre 1:2 e 1:3) é calculada para fazer o alternador girar mais rápido que o motor, isso garante que o alternador consiga produzir uma parte de sua corrente máxima em marcha-lenta. Porém os retificadores se encarregam de bloquear o circuito de carga quando a Ia é maior do que Ic + Ib (corrente da bateria).

Estrutura

Em todo e qualquer tipo de sistema elétrico, cálculos são realizados para determinar as dimensões de fios, relés, fusíveis, disjuntores e etc. Nos automóveis não é diferente, toda a fiação é projetada para suportar a corrente elétrica que por ela fluirá. A bitola dos fios é definida a partir do fluxo de corrente elétrica que por estes irá passar, logo o fio da bateria para o motor de partida (maior consumidor do sistema) possui uma bitola maior em relação aos fios dos demais componentes.

Para proteção de todo o sistema elétrico são utilizados fusíveis, pequenas resistências que ao receberem uma corrente acima da qual são especificados, se fundem e interrompem o circuito elétrico do determinado consumidor. Isso protege o consumidor elétrico de receber uma corrente acima do qual foi projetado, evitando queimas do mesmo e panes no sistema elétrico. Cada circuito elétrico possui um fusível diferente (com limite de corrente diferente), e a queima deste é gerado por alguma não conformidade no circuito elétrico correspondente.

Tendo em mente que alguns consumidores exigem uma tensão maior que 12V para funcionar, o sistema elétrico dispõe de relés para acionar esse componentes. A partir da tensão nominal da bateria, os relés aumentam esse valor através de uma bobina interna, e assim são capazes de acionar componentes de alta tensão como faróis, motor de partida, embreagem do ar condicionado, ventilador do ar condicionado e etc.

No sistema elétrico automotivo, além da definição da estrutura dos cabos e fios, existe também o posicionamento dos aterramentos. Caso estes fossem instalados diretamente no borne negativo da bateria, haveria um consumo exagerado de matéria-prima (fios de cobre), aumentando ainda mais a possibilidade de problemas de atrito entre os fios e perdas de corrente elétrica. Para evitar o consumo exagerado de fio, é conectado ao borne negativo da bateria um fio ligado a carroceria do veículo ou ao chassi. Dessa forma, é possível conectar as ligações negativas dos diversos consumidores a pontos de aterramentos distribuídos estrategicamente na carroceria, como o negativo da bateria está ligado à carroceria ou chassi, esta acaba sendo um aterramento geral para todos os consumidores.

Outro fator importante no desenvolvimento de um sistema elétrico, é onde estarão ligados os consumidores. Obviamente imaginamos que os consumidores estão ligados diretamente da linha 30 e então se ramificando para demais circuitos. Mas nem todos os componentes são ligados dessa forma, alguns componentes são ligados logo após o alternador. O que diferencia esses tipos de ligação é a intensidade da tensão de carga que fluirá no cabo de carga (alternador-bateria). Quando os consumidores são conectados do lado da bateria, ocorrerá uma intensa queda de tensão, então a tensão de carga será menor.

Contrariamente, quando os consumidores são conectados do lado do alternador, a queda de tensão será menor, pelo que a tensão de carga será maior. Essa característica define o posicionamento de ligação dos consumidores, por exemplo, em se tratando de consumidores de baixo consumo de corrente (geralmente os eletrônicos), suas conexões são instaladas no lado da bateria, pois estes consumidores são mais sensíveis aos picos de tensão que ocorrem durante o funcionamento do sistema elétrico. Assim os consumidores de maior consumo de corrente estão conectados do lado do alternador, pois devido a sua maior tensão de carga, os picos de tensão serão mais intensos, e estes consumidores são mais resistentes a esses picos de tensão.

Novos sistemas

O grande ponto fraco do sistema elétrico automotivo é o fato de haver apenas um acumulador de energia para suprir toda a demanda do sistema. Mesmo com o alternador, é a bateria quem faz com que o motor entre em funcionamento, mas se a key off load (corrente de stand-by) é demasiado alta, a bateria pode descarregar em poucas horas e não ter state of charge (estado de carga) suficiente para fazer funcionar o motor de partida. Aliás, essa grande demanda de corrente para partida do motor é prejudicial aos diversos componentes eletrônicos do sistema, mas uma vez que o motor pega, durante o funcionamento a corrente que flui é menor e a sobrecarga na bateria também. Como se percebe, para apenas uma bateria é designado operações antagônicas e isso é prejudicial para o sistema elétrico automotivo.

Uma forma de obter um sistema elétrico automotivo livre de fraquezas, como as citadas acima, é utilizando dois acumuladores de energia, ou seja, uma bateria que assuma a função de fornecer a potência necessária para o motor de partida e outra para suprir as demandas dos demais circuitos do sistema elétrico.

A [glossary]PCM[/glossary] se encarregaria de separar o circuito de partida dos demais circuitos do sistema, evitando a sobrecarga no sistema e o possível dano aos componentes mais sensíveis. Além disso a instalação da bateria (para motor de partida) seria mais próximo ao motor de partida, o que diminuiria ainda mais as perdas nos fios da bateria para o motor de partida. Enquanto isso, uma bateria dedicada a todos os demais circuitos se encarregaria de suprir a demanda de corrente exigida por eles. Preservaria o sistema de sobrecargas e não comprometeria a partida do motor de combustão em caso de descarga total. Neste caso, a ECU faria a ligação do circuito de carga com os demais circuitos ou conectaria apenas os consumidores vitais para a partida, e esta quando efetuada permitiria o alternador recarregar as duas baterias.

Existem também estudos de sistemas elétricos automotivos de 42V, na verdade trata-se de um sistema capaz de suportar componentes utilizados em sistemas 12-14V e componentes de tensões mais elevadas (42V). Enquanto o alternador produziria uma tensão de 42V para alimentar diretamente consumidores maiores (de maior potência) e as duas baterias do sistema, um conversor de corrente contínua proveria os demais circuitos elétricos com tensão 14V. Todo o balanço de cargas neste tipo de sistema elétrico automotivo seria feito por uma ECU, provendo para cada sistema (de 14V e 42V) o fluxo de corrente elétrica necessária sem picos prejudiciais, além de gerenciar o funcionamento dos consumidores após desligado o veículo.

Mas o melhor sistema elétrico que poderá se tornar padrão no futuro, é a combinação do motor partida com o alternador, em outras palavras, um componente motor de partida – alternador. Trata-se de um sistema elétrico, também com duas baterias, uma para partida e outra para os demais circuitos, mas que tem um motor de partida – alternador ligado diretamente a cremalheira dar árvore de manivelas. O motor de partida – alternador, ou melhor, o gerador síncrono é capaz de converter energia elétrica da bateria em energia mecânica (nesse caso sendo um motor de partida), consequentemente após o motor começar a funcionar, passa a converter a energia mecânica em energia elétrica (sendo um gerador) como um alternador. Além das vantagens físicas, como redução de peso total do conjunto motriz e menor espaço ocupado de baixo do capô, este sistema elétrico também possui vantagens sistêmicas como a facilidade de incorporação de um sistema Start-Stop, partidas silenciosas e rápidas e reaproveitamento da energia cinética em freadas para utilização em arrancadas. Dessa forma o sistema elétrico com motor de partida – alternador pode melhorar de forma significativa o consumo de combustível.

Referências

• SENAI, Série Metódica Ocupacional;
• BOSCH, Robert, Manual de Tecnologia Automotiva. 25.ed. Edgard Blücher LTDA, 2004. 1231p.